换热设备的分类

1、换热设备的分类一换热设备的种类炼油厂用换热设备的型式很多，将其常用的分类如下：1按用途分类(1)换热器两种温度不同的流体进行热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以满 足各处的需要，经过换热就充分回收了热量，节省 了成本。(2)冷凝器在两种温度不同的流体进行热量交换中，有一种流体是从气态就冷凝成为液态， 温度变化并不大，就称为冷凝器。(3)蒸发器和上述相反，若有一种流体被加热而蒸发成为气体，就称为蒸发器。(4)冷却器凡是热量不回收利用，单纯只要一种流体冷却的换热器，称为冷却器。(5)加热器凡是利用废热而单纯只要一种流体加热升温的换热器，称为加热器。(1) 间壁式换热设备。在冷、热两种流体

2、间有一定形状的表面把流体分隔开，热量通过此种 间隔表面而互相交换，两种流体不相混合。这是炼 油厂中普遍采用的方式。(2) 蓄热式换热设备。冷、热两种流体依次先后通过蓄热器，分别和蓄热器内的固体填充物 进行交换，例如高温气体先通过蓄热器，将热量传 递给器内填料，使填料升温而积蓄热量；关闭高温 气体通路，再切换通入冷气体，高温填料就又把热 量放出给了冷气体，使冷气体升温；依次不断反复， 称为蓄热式换热。这种设备炼油厂内很少应用。(3) 混合式换热设备。使冷、热两种流体直接混合，而交换热量，如炼油厂内常用的凉水塔， 就是用空气直接吹过被分散的热水表面，使热水降 温而循环使用，这种方式所用设备较简单，

3、换热效 率也高，但大多数情况下，不允许两种流体混合， 所以应用也有限。3按结构型式分类间壁式换热设备的种类繁多，但从间壁表面的 特征来看，可分为两大类：(1)管式换热设备。传热面是各种管子，冷、热两种流体分别在管内和管外通过，经管壁面交换 热量，这是炼油厂内应用最普通的换热设备。从具 体结构上细分，它又可分为：A. 管壳式换热设备。这种设备的特点是在圆筒形外壳中装有管束，一种流体在管内流动称为 管程，另一流体在管外流动，称为壳程，它又可分 为：a. 固定管板式，如图2.4,1所示，两块管板均固定在外壳圆筒上，其上胀接着许多小管子，称 为管束。这是最简单的一种结构，但当冷、热流体 的温度差较大时

4、，管束与外壳的热膨胀伸长量就不 一样大，管子就会从管板上被拉脱而泄漏，所以它 只适用于冷、热两流体的平均温度差较低(例如不超过60 80度)的场合。它的管外表面结垢后不易清洗，所以管外流体不应结焦、结垢或沉淀。b. 带膨胀节的固定管板式，如图 2.4.2所示，在壳体上装有波形膨胀节，可补偿部分热膨胀 量，使它可用于冷、热两流体平均温差较高的场合， 但波形膨胀在壁较厚时，作用就不明显，所以这种 型式的换热器主要用于压力较低（例如壳程压力610公斤/厘米2以下）的场合。c. 浮头式如图2.4.3所示，一端管板被夹持在壳体上，另一端管板则做成浮头式，可在壳体内 抽出，管内管外均可清洗，对流体也没什么

5、限制， 所以在炼油厂内是应用最多的型式。其缺点是结构 较复杂，造价稍高，浮头处易漏而不易检查出来。d. U形管式如图2.4.4 所示，只有一个管 板，管子全部弯成 U形管，可以自由膨胀，也可以 从壳体内抽出，以便于清洗。只是管子内壁在 U形 弯头处不易清洗，管子更换困难，管板上排列的管 子较少。它主要用于管内流体压力较高而且较干净 的场合。图2.4.1固定管板式管壳图2.4.2带膨胀节的固定管板式管壳换热器图2.4.3浮头式管壳换热器e. 填函式如图2.4.5所示，一端可以自由滑 动，但密封是靠填料函，结构比浮头稍简单。在壳 程流体压力较高时，它易泄漏，特别对于易燃、易 爆、易挥发有毒的流体是

6、不适合的，炼油厂内很少 应用。图2.4.5填料函式管壳换热器B. 套管式换热设备，结构示意如图2.4.6 ,它是由两根不同直径的管子，同心相套，再由弯连 接而成。冷、热两种流体分别由内管和管间相互逆向通过，进行热量交换。它结构简单，便于拆卸清 洗；两种流体完全是逆向流动，传热效果好。但是 金属用量较大，占地面积大，接头处易发生泄漏。 所以它适用于热负荷不大，高粘度易凝固的重油和 残油的废热回收，且两种流体温差应小于 70度，否 则会因内外管热膨胀量不同而造成接头破裂。1-月管："外首：3-回省管1-iin：14-臭6首：方-蛇昔：5-出口图2.4.6 套管式换热器图2.4.7 水浸式

7、冷却器C. 水浸式冷却器，结构示意图见图2.4.7 , 在矩形水管内装有几组蛇形盘管，整个盘管浸没在 水内，使管内流体被冷却。这种冷却器内贮水量较 大，使用较为安全，结构很简单，也便于清洗检修。 缺点是金属用量大，体积庞大，占地面积大，传热 效率低，在炼油厂内已较少应用。D. 空气冷却器，其结构与一般换热器不同，管束用翅片管组成，在下面用轴流式风机，使大量 空气吹过管束 将管内流体冷凝冷却，改变风机叶 片角度就可以调节所需风量，以控制管内流体的出 口温度。用空气代替水作冷却剂，能大量节约用水， 节省了循环水场的投资，基建及操作费用较低，目 前炼油厂内已大量使用。但由于空气温度随大气温 度而变化

8、，所以它的最终冷却温度不能太低。有时 还需在后面串联使用水冷却器，空气冷却器的具体 结构和特点将在下一节中介绍。E. )板式换热设备，传热面是表面压成各种形状的薄板，冷、热流体分别在相邻两板之间流动，通 过板壁而进行换热。由于它的强度和密封问题，尚 不能用于压力或温度较高的场合，炼油厂内应用不 多，在石油化工厂内常用的类型有：板式换热器、 伞板式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器， 本装置采用的焊板式换热器将在后面单独介绍。一.换热设备的工作原理热量从高温流体传送给低温流体，称为传热。传热的主要方式有三种：传导、对流和辐射。在间壁式换热器中，主要是传导和对流两种传热方式，如图2.4.8所示。

9、热流体（温度为t1 ）先以对流给 热方式将热量Q （千卡/时）传给管壁的一侧（温度 t2 ）,再以传导的方式将热量传过管壁（温度从一侧图2.4.8经过器壁的传热t2到另一侧为t3 ）,最后管壁另 一侧又将热量以对流给热方式 传给了冷流体（温度为t4 ）.冷、热流体在流动过程中， 温度是要变化的，上述传热方式 的说明只是对管子的任一截面而言的。在稳定传热 过程中，管子任一截面处冷、热流体和管壁温度的 相互关系如上所述，也是稳定不变的，这是实际换 热器正常工作的情况。两物体间温度差别越大，传递的热量也越大， 间壁的面积越大，传递的热量也越大。于是可以将 上述传热过程分别写成如下关系式：热流体以对流

10、 给热方式传给管壁一侧的热量为：Qi =%F(ti 12)千卡/时以导热方式将热量传过管壁厚度，其热量为：Q2 =，F(t2 13)千卡 /时 0从管壁另一侧以对流给热方式传给冷流体的热量为：Q3 =%F (t2 -t3)千卡/时式中：F 管壁传热表面积，米2 ;tl,t2,t3,t4各处温度，如上图所7K, C；出一热流体给热系数，千卡/1)2*时*的一冷流体给热系数，千卡/m2*0t*L管壁的导热系数，干卡/k*时*5 管壁厚度，米对于稳定传热，从热流体传给管壁再传给冷的液体的热量应相等的，即：Qi = Q2 = Q3 = Q = ：(-%)5 = KF (ti -t?)千卡 /时 -f-

11、 ：1： 2,式中K =二一1一称为换热器的传热系数1 1 . ,1：2,由此可见，若需传递的热量一定，则传热系数 越大，温度差越大，所需的传热表面积就越小，换 热器就越小，也越经济。所以，选用、设计与改进 换热器的最重要问题是：尽可能地提高其传热系数 和使温度差大些。一、 影响传热系数的几个主要因素：1.在管壁两侧的给热系数 al和a 2中，数值较小的对传热系数影响就大。 若a 1远远大于aZ则k值就很接近于a 2值。这里，提高 a 1值对K值的 影响不大，关键在于提高 a 2值，方可有效地提高k2.影响给热系数a值的因素很多，主要的有:流体的流速越高，给热系数越大；冷凝或汽化时， 给热系数

12、比一般的加热冷却要高得多；流体的粘度 越大，给热系数就越小；液体的给热系数要远远大 于气体的给热系数。3. 从公式中可见：管壁越薄，则k值也越大, 所以要采用导热系数较高的材料来做传热表面，如 常用的钢管、铜管以及管外绕铝翅片等。在运转中， 管壁内外都会常常结垢，如水垢、油垢、结焦、泥 砂等，这些污垢的导热系数很低，会大大降低换热 器的传热系数，所以换热器必须用时清扫除垢，每 次检修必须除得干净，才能保证长期高效运转。增加流体在换热器内流速是可以大大提高其传 热系数的，但也增加了通过换热器的压力降，增加了泵的能量消耗，所以有个最经济的适宜流速范围。二、 换热设备流体的流向对传热的影响两流体的温

13、度差是不能任意提高的，因为流体 的温度是由工艺条件的需要规定的。但换热器内两 种液体的流动方向不同，换热器的平均温差就不同， 如图2.4.9所示。换热器内冷热两流体的流向相同的 叫并流，流向相反的叫做逆流。并流时，进口处温 差最大,沿流向此温差慢慢变小，出口处变为最小。 逆流时，沿流向上各处的温差变化可以不很大，较 为均匀。由图可知，逆流时整个换热器的平均温差 比并流时的为高，对传热有利。而且并流时冷流出 口温度永远小于热流出口温度，逆流时冷流出口温 度可以高过热流的出口温度，应用就更为灵活有效。 真正的逆流只有在套管换热器、螺旋板式换热器、 焊板式换热器内可以得到，在其它类型换热器中都 是混

14、流式，其平均温差介乎逆流与并流之间。并流图2.4.9两种流向的温度变化三、管壳式换热设备的型号及其含义xxxDN Pj- A- -LNPs,（或 II）Ns，器（或II级换热器）管/壳程数，单壳程时只写 NtN-公称长度（m）, d-换热管外径公称换热面积（行）管/壳程设计压力（Mpa）,压力相等时只写 Pt公称直径（mm）,对于釜式重沸器用分 数表示，分子为管箱内直径，分母为圆筒内直径。第一字母代表前端管箱型式，第二字母代表壳体型式，（见图 2.4.10）第三字母代表后端结构型式精型式充4G式后,结构量式展料式部去套环堵制金式停同图2410主要部件的分类及代号四、焊板式换热器众所周知，板式换

15、热器传热效率高、结构紧凑,但是由于其负荷小以及不适应高温高压而使其应用 受到限制，而管壳式换热器虽然没有上述限制，但 其传热效率又不高。1980年，法国PACKINOX公司生产了第一台焊 板式换热器，它把板式换热器优良的热力学性能与 管壳式换热器机械性能有机地结合，取得了换热器 领域的重大突破。一台PACKINOX的焊板式换热器，它可以在相 同的压降下，交换更多的热量，从而可以减小加热 和冷却的负荷，或者在相同的热回收率下，降低压 降等，从而解决了工艺过程中压缩机出入口压差大 这个瓶颈问题。焊板式换热器以其热回收率高、负荷大、压降 低等优点，在炼油领域取得了广泛应用，特别是在 大处理量、超低压

16、连续催化重整装置上的应用，已 占主导地位。(1)板式换热器性能参数壳程管程温度 C489/10973/455压力 Mpa0.951.20压力降Mpa传热系数W/nn* C热负荷MW 31.573设计条件温度 C525-275压力Mpa 1.4介质H+HC规格型号 mm 6 2050* 8920重量 T43.518材质壳体1.25Cr0.5Mo(A387Cr11)板束SA240321(2) 板式换热器结构PACKINOX焊板式换热器由不锈钢板束及外壳 组成，所有的传热过程以纯逆流的方式在板束中进 行，在外壳中充满氢气，没有液体流动，它只用以 承受操作压力。板束由一块块长方型的不锈钢板制成，板上经

17、 水下爆破后产生有规则的波纹，波纹板经焊接后， 分成管程和壳程，形成板束，管程和壳程进出板束 都有特制的管箱，将管程和壳程的液体分隔，两程 流体在板与板之间进行传热。结构示意如图2.4.11所示。物入J支博我福班田力容器焊接桢苓哦雾打、解伴班料冷制般咻竹进料出1Ii!L料为帝产物*%循环气入U恤S文拽产物乳弟图2.4.11板式换热器结构示意图应用于催化重整时，石脑油进料通过喷射棒， 直接喷进板束的进料侧，以确保流体均匀布，并保 证石脑油在低的操作压力下，高效地进入换热器板 束。波纹管可以有效在补偿不锈钢板束和低铭铝钢 外壳的膨胀。由于板束的光洁度非常好，设计和制造中不产 生传热死角，而且即使在很低的雷诺系数下，流体 因板束上有波纹而产生高度的湍流，因而板束的结 垢现象几乎不存在，在很长时间内，其传热效果几 乎保持不变。(3) 焊板式换热器优点投资费